晶体振荡器的三态功能及控制逻辑

原创 面包板社区 2022-07-25 20:00

选购石英晶体振荡器(XO)时,有些规格书(datasheet)标有三态(tri-state)控制功能,有些则没有该功能。那么,三态控制究竟是什么神秘武器?

 

图1. 具有三态功能的石英晶体振荡器

 

什么是三态?


我们知道,大多数数字系统使用“0”、“1”表示两个级别的状态,但是一些特殊应用还需要第三状态——高阻抗“Hi-Z”。这里,前两态与一般逻辑电路相似,“第三态”表示系统处于高阻抗状态,这时的输入、输出相互隔断,输出端处于悬空(相当于开路),没有任何逻辑控制功能,输出端电位取决于所连接的外部电路。


三态电路都有一个使能端“EN控制”,用来控制三态门的通断,可以很方便地将输出端连接到总线。如果多个设备端口要挂在一个总线上,必须通过三态缓冲器。因为一个总线上同时只能有一个端口作为输出,这时其他端口必须处于“高阻态”,同时还可以输入这个输出端口的数据。通过总线控制管理,系统访问到哪个端口,那个端口的三态缓冲器才可以转入输出状态。


“高阻态”的意义在于电路虽然并没有断开,实际上却起到了断开的效果。这在自动测试、总线数据传输等应用中较为常见。


三态控制


在具有三态功能的振荡器中,石英振荡器(XO)的输出可由三态控制引脚(tri-state pin)控制。控制逻辑如下:

- 逻辑高:输出支持
- 逻辑低:输出禁用

 

图2. 三态模式下关闭振荡器电路


也就是说,当三态脚是低电平时,输出将呈现高阻态,信号输出被禁止;当三态脚是高电平时,才会有频率信号和波形输出。大多数TTL、HCMOS或HCMOS石英晶体振荡器都提供有三态输出,或三态启用/禁用功能。


三态功能允许输出引脚呈现高阻态,这相当于把振荡器的输出从电路中去掉了。当三态禁用输出时,尽管OSC振荡器可以保持打开或关闭,输出信号都在三态端口被禁用。


当输出被三态口禁用时,如果振荡电路关闭,此时三态功能的优势在于待机电流较低,缺点是需要更长的启动时间(基本模式 >0.2ms,第3个泛音模式 >2ms) 。

 

图3. 三态模式下振荡器电路依然开启


另一种情况是,输出被禁用时振荡电路依然开启,此时三态功能的优势在于启动时间较短( <0.1ms),缺点是待机电流较大。

 

图4. 不同振荡器工作模式的待机电流比较


应用中,如果我们不需要三态功能,可将三态引脚连接到Vcc引脚,或让其保持悬空状态。如果三态引脚悬空,还可以通过内部的一个上拉电阻来启用输出功能。

 


图5. 三态功能的禁用


在BOM配单时,建议优先考虑具有“三态(tri-state)”功能的晶振,因为有些晶振提供了振荡电路“开/关”选项,有的还在三态模式下关闭了内部振荡电路,这就需要进一步查阅规格书(datasheet)。

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